Năm 190, Tào Tháo tập hợp lực lượng đánh Đổng Trác, Hạ Hầu Uyên cùng anh họ là Hạ Hầu Đôn cũng là họ hàng Tào Tháo dẫn 1000 quân đến giúp Tào Tháo. Sau đó, liên quân đánh Đổng Trác tan rã, Hạ Hầu Uyên giúp Tào Tháo tăng cường lực lượng và mở rộng lãnh thổ.

Năm 198, Hạ Hầu Uyên cùng Tào Tháo tham gia trận Hạ Bì chống lại Lã Bố. Kết cục của trận chiến là cái chết của Lã Bố. Trong quá trình chinh chiến, ông lần lượt giữ các chức vụ Biệt bộ tư mã, Kỵ đô úy, Thái thú Trần Lưu, Trung Lang Dĩnh Xuyên.

Năm 200, Tào Tháo và Viên Thiệu đại chiến tại Quan Độ, Hạ Hầu Uyên làm nhiệm vụ bảo vệ doanh trại và tiếp tế lương thảo. Trận Quan Độ kết thúc với thất bại hoàn toàn của Viên Thiệu và Tào Tháo làm chủ cả miền Bắc Trung Quốc từ đó. Hạ Hầu Uyên được thăng làm Đốc quân hiệu úy, chuyển sang việc quản quân lương ở 3 châu: Duyện, Dự, Tư Lệ.

Sau đó, Hạ Hầu Uyên cầm quân đánh dẹp các lực lượng chống đối như Xương Hy ở quận Thái Sơn, Từ Hòa ở quận Tế Nam, Lôi Tự ở quận Lư Giang, Thương Diệu ở quận Thái Nguyên, tộc người Đê (Chi) ở huyện Thâu My và huyện Khai thuộc quận Hữu Phù Phong, Lưu Hùng ở núi Chung Nam[3].

Năm 208, Hạ Hầu Uyên cùng Tào Tháo tham gia 2 trận đánh lớn ở Đương Dương Trường Bản và trận Xích Bích nhưng thất bại.

Năm 211, Mã Siêu dẫn 10 vạn đại quân Tây Lương tấn công Đồng Quan. Tào Tháo cùng Hạ Hầu Uyên, Hứa Chử, Từ Hoảng dẫn quân đến chiếm lại Đồng Quan. Thời gian đầu, Mã Siêu chiếm ưu thế nhưng Tào Tháo sau đó phản công thắng lợi đánh bại Mã Siêu nhưng Mã Siêu chạy trốn. Sau trận Đồng Quan, Tào Tháo sai Hạ Hầu Uyên trấn giữ Trường An phòng Mã Siêu. Ông cũng cầm quân dẹp một viên tướng Tây Lương khác là Dương Thu ở quận An Định.

Năm 213, Mã Siêu dẫn quân đánh chiếm lại Lũng Thượng gây ra trận chiến Ký Thành. Hạ Hầu Uyên nhận lệnh của Tào Tháo liên kết cùng Dương Phụ đánh bại Mã Siêu lần nữa khiến Mã Siêu phải chạy đến Hán Trung đầu hàng Trương Lỗ.

Năm 214, Hạ Hầu Uyên lại mang quân dẹp lực lượng nổi dậy của Tống Kiến. Năm 215, Tào Tháo cùng Hạ Hầu Uyên, Trương Cáp, Hứa Chử, Từ Hoảng dẫn quân đánh Hán Trung của Trương Lỗ. Trương Lỗ sai người dẫn quân đến Dương Bình Quan phòng thủ khiến quân Tào Tháo không qua được. Sau đó, Tào Tháo sai Hạ Hầu Uyên lặng lẽ dẫn quân đến đánh chiếm Dương Bình quan, quân của Trươg Lỗ không phòng thủ nên đại bại. Tào Tháo chiếm Hán Trung, trước khi rút về để Hạ Hầu Uyên cùng Trương Cáp ở lại trấn giữ.

Năm 217, Lưu Bị chia quân tiến đánh Hán Trung. Tào Tháo sai Tào Hồng, Tào Hưu ra hỗ trợ cho Hạ Hầu Uyên, đánh lui được quân Thục, tướng Ngô Lan bỏ chạy rồi bị người Đê giết.

Cuối năm 218, Lưu Bị cùng Pháp Chính, Hoàng Trung mang đại quân tấn công lên Hán Trung. Quân Thục nhanh chóng lấy cửa ải Dương Bình, sang đầu năm 219, vượt qua sông Miện Thủy[4]. Lưu Bị đóng quân hạ trại tại núi Định Quân, Hoàng Trung được lệnh cầm một cánh quân mai phục ở phía sau đỉnh núi này[5].

Hạ Hầu Uyên không biết là mưu kế, mang toàn quân tới đánh doanh trại của Lưu Bị. Trong khi hai bên đang xô xát kịch liệt, đột nhiên Hoàng Trung từ trên cao thúc trống đánh xuống, khí thế rất mạnh vào sườn quân Tào. Quân Tào bị đánh tan nát không còn hàng trận. Hạ Hầu Uyên bị Hoàng Trung chém thành 2 mảnh, Thứ sử Ích châu của Tào Tháo là Triệu Ngung cũng bị tử trận[5], gần như toàn bộ 5000 quân của ông cũng bị tiêu diệt[6]. Không rõ năm đó ông bao nhiêu tuổi.

Sau đó Tào Tháo khởi đại quân đến nhưng vẫn thất bại và phải từ bỏ Hán Trung về tay Lưu Bị.